第3节 光谱与氢原子光谱 -【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

本高中物理讲义聚焦光谱与氢原子光谱核心知识点，先系统梳理光谱的分类（连续光谱、线状光谱、吸收光谱）及应用，再深入探究氢原子光谱的特点与巴耳末公式，构建从概念到规律的学习支架。 资料以核心素养为导向，通过判断正误强化科学思维，链接霓虹灯原理等实景培养科学探究能力，配套针对练助力学生课后查漏补缺，课中辅助教师高效授课，提升学生对原子光谱规律的理解与应用能力。

第3节　光谱与氢原子光谱 【核心素养目标】 物理观念 通过对光谱的分析，形成连续光谱、线状光谱和吸收光谱的概念。 科学思维 通过原子光谱分析，推断物体所含有的物质元素，对比其纯度。 科学探究 能查阅资料，对照标准光谱进行分析鉴别。 科学态度与责任 思考原子光谱的不同，思考氢原子光谱的规律，培养质疑精神。 一、不同的光谱 1．光谱：光按波长(或频率)大小依次排列的图案，称为光谱。 2．光谱的分类 (1)连续光谱：包含有各种色光且连续分布的光谱称为连续光谱。 (2)线状光谱：有些光谱不连续，由一条条的亮线组成，称为线状光谱。这些亮线称为原子的特征谱线。 (3)吸收光谱：高温物体发出的包含连续分布的各种波长的光通过其他物质时，某些波长的光被该种物质吸收后，在连续光谱中相应波长的位置上便出现了暗线，这样的光谱称为吸收光谱。 3．光谱的应用：每种原子都有独自的特征谱线，人们利用特征谱线来鉴别物质或确定物质的化学组成，这种方法称为光谱分析。 二、氢原子光谱 1．氢原子光谱的特点 (1)从红外区到紫外区呈现多条具有确定波长的谱线。 (2)从长波到短波，Hα～Hδ等谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。 2．巴耳末公式：＝R()(n＝3，4，5，…)，其中R叫作里德伯常量，其值为R＝1.096 775 81×107 m-1。 1．判断正误 (1)线状光谱和连续光谱都可以用来鉴别物质。 (×) (2)各种原子的发射光谱都是线状光谱，并且只能发出几种特定频率的光。 (√) (3)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分。(√) 学生用书第63页 (4)氢原子光谱是不连续的，是由若干频率的光组成的。(√) (5)由巴耳末公式可以看出氢原子光谱是线状光谱。(√) (6)巴耳末公式中的n可取任意数值。 (×) 2．链接实景 在节假日的夜晚，城市因霓虹灯的装点而变得美丽而庄重。想一想霓虹灯五光十色的原理。 提示：各种气体原子的能级不同，跃迁时发射的光子的能量各异，因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯。 知识点一　不同的光谱 如图所示为不同物体发出的不同光谱。 (1)钨丝白炽灯的光谱与其他三种光谱有什么区别？ (2)铁电极弧光的光谱、氢光谱、钡光谱的特征相同吗？ 提示：(1)钨丝白炽灯的光谱是连在一起的光带，叫连续谱；其他三种光谱是一条条的亮线，叫线状谱。 (2)不同。 1．光谱的分类 发 射 光 谱 发光物体直接产生的光谱 连续 光谱 特点 连续分布的包含从红光到紫光各种色光的光谱 产生 由炽热的固体、液体以及高压气体产生 线状 光谱 特点 只含有一些不连续的亮线的光谱 产生 由稀薄气体或金属蒸气产生 吸 收 光 谱 高温物体发出的白光通过某种物质时，某些波长的光被该物质吸收后形成的光谱 特点 连续光谱的背景上出现一些暗线 产生 由炽热的物体发出的白光通过温度较低的气体后产生 与线状光谱 的关系 各种原子的吸收光谱的暗线和线状光谱的亮线相对应，即表明某种原子发出的光和吸收的光的频率是特定的，通常吸收光谱中的暗线比线状光谱中的亮线要少一些。这些亮线或暗线称为该原子的特征谱线。 2．线状光谱与连续光谱的不同之处 线状光谱 连续光谱 形状特征 一条条分立的谱线 连在一起的光带 组成 某些特定频率的谱线，不同元素的光谱 一切波长的光都有 应用 可用于光谱分析 不能用于光谱分析 (多选)关于光谱，下列说法中正确的是(　　) A．进行光谱分析，可以用线状光谱，也可以用吸收光谱 B．光谱分析的优点是非常灵敏且迅速 C．使一种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气，取得吸收光谱，就可以对前者的化学组成进行分析 D．根据月球的光谱，可以分析出月球是由哪些元素组成的 答案：AB 解析：光谱分析非常灵敏且迅速，由于每种元素都有自己的特征光谱，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学成分，所以光谱分析可以用线状光谱或者吸收光谱。一种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气取得光谱，不能对前者的化学组成分析。月亮的光谱是太阳的反射光谱，故不能分析月球是由哪些元素组成的。故A、B正确，C、D错误。 学生用书第64页 针对练1．(多选)关于光谱，下列说法正确的是(　　) A．炽热的液体发射连续光谱 B．发射光谱一定是连续光谱 C．线状光谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析 D．霓虹灯发光形成的光谱是线状光谱 答案：ACD 解析：炽热的液体发射的光谱为连续光谱，选项A正确；发射光谱可以是连续光谱也可以是线状光谱，选项B错误；线状光谱和吸收光谱都对应某种元素的光谱，都可以对物质成分进行分析，选项C正确；霓虹灯发出的光是原子受激发发出的，其光谱是线状光谱，选项D正确。 针对练2．(多选)对原子光谱，下列说法正确的是 (　　) A．线状光谱和吸收光谱可用于光谱分析 B．因为原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的 C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同 D．连续光谱可以用来鉴别物质中含哪些元素 答案：AC 解析：线状光谱和吸收光谱都含有原子的特征谱线，因此可用于光谱分析，A正确；原子都是由原子核和电子组成的，但不同原子的原子结构不同，各种原子都有自己的特征谱线，故B错误，C正确；对线状光谱进行光谱分析可鉴别物质组成，连续光谱不能用于光谱分析，D错误。 针对练3．(多选)地球上接收到的太阳光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线。下列说法正确的是 (　　) A．太阳光谱是连续光谱 B．太阳表面大气层中存在着相应的元素 C．这些暗线是由太阳光通过太阳大气层中温度较低的气体时被气体吸收形成的 D．这些暗线是由太阳光通过太阳大气层中温度较低的气体时发射形成的 答案：BC 解析：太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线说明太阳表面大气层中存在与这些暗线相对应的元素，故A错误，B正确；这些暗线是由太阳光通过太阳大气层中温度较低的气体时被气体吸收形成的，故C正确，D错误。 知识点二　氢原子光谱 1．巴耳末公式 氢光谱 巴耳末公式 ＝R()(n＝3，4，5，6，…) 式中n只能取整数，最小值为3，里德伯常量R＝1.10×107 m-1 规律 ① 巴耳末线系的四条谱线都处于可见光区 ② 在巴耳末线系中n值越大，对应的波长λ越短，即n＝3时，对应的波长最长 ③ 除了巴耳末系，氢原子光谱在红外区和紫外区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式 2．赖曼线系和帕邢线系：氢原子光谱除了存在巴耳末线系外，还存在其他一些线系。例如， 赖曼线系(在紫外区)：＝R()(n＝2，3，4，…) 帕邢线系(在红外区)：＝R()(n＝4，5，6，…) 1．巴耳末公式反映氢原子发光规律，不能描述其他原子。 2．公式中n只能取大于等于3的整数，因此波长是分立的值。 3．公式是对可见光区的四条谱线分析总结出来的，在紫外区的谱外线也适用。　　 (多选)关于对巴耳末公式＝R()的理解，正确的是(　　) A．此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的 B．公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱 C．公式中n只能取大于或等于3的整数值，故氢原子光谱是线状光谱 D．巴耳末公式只确定了氢原子发光中的一个线系的波长，不能描述氢原子发出的其他线系的波长 答案：ACD 解析：此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的4条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的巴耳末线系分析，且n只能取大于或等于3的整数，因此λ不能取连续值，故氢原子光谱是线状光谱，A、C、D正确。 针对练1．氢原子的可见光谱中波长最长的光波的光子频率为ν1，其次为ν2，求ν1和ν2的比值。 答案： 解析：谱线的波长满足公式：＝R()(n＝3，4，5，…)，当n＝3时，波长最长，＝R()，当n＝4时，波长次之，＝R()，解得：＝，由c＝λν得：＝＝。 针对练2．对于巴耳末公式，下列说法正确的是(　　) A．所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应 B．巴耳末公式只确定了氢原子发光中的可见光部分的光波长 C．巴耳末公式确定了氢原子发光中的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光 D．巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长 答案：C 解析：巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，不能描述氢原子发出的各种波长，也不能描述其他原子发光中的光的波长，A、D错误；巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确。 学生用书第65页 1．有关原子光谱，下列说法错误的是(　　) A．原子光谱反映了原子结构特征 B．氢原子光谱跟氧原子光谱是不同的 C．鉴别物质的成分可以采用光谱分析 D．每种原子处于不同的物质中的线状谱不同 答案：D 解析：原子光谱的特征间接地反映了原子的结构特征，不同元素的原子结构是不同的，故产生的光谱也不同，故A、B正确，D错误；因为各种原子有自己的特征谱线，我们可以利用光谱分析来鉴别物质的化学组成，C正确。 2．下列对氢原子光谱实验规律的认识中，正确的是(　　) A．因为氢原子核外只有一个电子，所以氢原子只能产生一种波长的光 B．氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线 C．氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线 D．氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关 答案：B 解析：氢原子光谱是线状谱，波长是一系列不连续的、分立的特征谱线，并不是只含有一种波长的光，也不是亮度不连续的谱线，B正确，A、C错误；氢原子光谱是氢原子的特征谱线，只要是氢原子发出的光的光谱就相同，与放电管的放电强弱无关，D错误。 3．巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式＝R()，n＝3，4，5，…，对此，下列说法正确的是(　　) A．巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式 B．巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性 C．巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式 D．巴耳末公式准确反映了氢原子发光的实际，其波长的分立值是人为规定的 答案：C 解析：巴耳末公式是根据在可见光区氢原子的四条谱线总结出的规律，氢原子光谱是线状的、不连续的，波长只能是分立的值，故A、B错误，C正确；谱线之间有一定的关系，可用一个统一的公式(也称广义巴耳末公式)表达，每一个谱线的波数都可以表达为两个光谱项之差，其分立值不是人为规定的，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $